(57)【要約】    【課題】  電子装置の処理性能向上に伴う発熱素子の発熱量増大に対して、必要かつ十分な循環液流量となる、小型化、薄型化に適した液冷構造を提供するとともに、信頼性性の高い電子装置を提供する。    【解決手段】  受熱ジャケット７を発熱素子に熱的に接続するとともに、ラジエータ１ａにポンプ６を取り付ける。また、ラジエータ１ａにタンク部２を備える。ポンプ８によって受熱ジャケット７とラジエータ１ａとの間で冷媒液を循環させる。【選択図】  図１
2005129812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の液体で発熱素子の熱を吸熱する受熱ジャケットと、前記熱を吸熱した液体をラジエータまでポンプで輸送して放熱する液冷システムにおいて、
前記前記ポンプを前記ラジエータに直接接続したことを特徴とする液冷システム。
【請求項２】
内部に封入された液体で半導体素子からの熱を吸熱する受熱ジャケットと、この受熱ジャケットに可撓性配管で接続されたラジエータと、このラジエータに配管を介して接続されたタンクと、前記液体を循環させるポンプとを備えた液冷システムにおいて、
前記ラジエータの液体が流通する金属配管に複数のフィンを取り付け、前記金属配管に取り付けられた前記タンクと、このタンクに前記ポンプを直接接続したことを特徴とする液冷システム。
【請求項３】
請求項２記載の液冷システムにおいて、
前記ラジエータは少なくとも２本の金属配管を有し、いずれか一方の金属配管を前記ポンプへの吸入配管とし、他方の配管を前記受熱ジャケットへの吐出配管とし、この吸入吐出配管は前記前記タンク内部と連通していることを特徴とする液冷システム。
【請求項４】
請求項２記載の液冷システムにおいて、
前記ポンプに吸入ポートと吐出ポートとを設け、これらのポートが前記タンクに設けられたポート挿入孔に差し込まれて接続されることを特徴とする液冷システム。
【請求項５】
請求項２記載の液冷システムにおいて、
前記タンクの内部を仕切板で２分割し、２分割された一方の空間は前記ポンプの吸入ポートと前記吸入配管が開口し、他方の空間は前記吐出ポートと前記吐出配管が開口していることを特徴とする液冷システム。
【請求項６】
請求項２記載の液冷システムにおいて、
前記タンクの内部を２分割に分離する仕切板を略Ｓ字形状にしたことを特徴とする液冷システム。
【請求項７】
請求項２記載の液冷システムにおいて、
前記タンクの各空間に空気溜まり部を設けたことを特徴とする液冷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を放熱媒体とした半導体素子を冷却する液冷システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子装置は高速化や大容量化の要求が高くなるにつれて、半導体素子の高発熱化が進んでいる。  
この高発熱化に対応する冷却手段として、例えば特許文献１が挙げられる。この特許文献１に記載された電子装置は、発熱素子を搭載した配線基板を収容した本体筐体と、ディスプレイパネルを備え本体筐体にヒンジによって回転可動に取り付けられた表示装置筐体からなっている。
【０００３】
発熱素子には受熱ジャケットが取り付けられ、この受熱ジャケットにより吸熱され熱くなった液体は表示装置筐体に設置した放熱パイプから放熱される。液体は受熱ジャケットと放熱パイプを接続する配管経路の途中に取り付けられた液駆動機構により循環している。各々の部分間はフレキシブルチューブの接続により配管されている。  
この従来技術は、ファンのみによる強制冷却より冷却能力が高く、しかも静音化に優れており電子装置の冷却に有効である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１６３０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載された液冷システムは、ポンプがフレキシブルチューブ（特許文献１ではシリコンチューブと記載）で接続されている。これは、液冷システムの放熱はノートブック型パーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣという）の表示装置筐体で行っているため、本体筐体側から表示装置筐体に放熱用配管を配設するにはフレキシブルチューブが必須である。
【０００６】
また、液体を効率良く循環させるためにはポンプは水平状態で運転させることが望ましいことから、ポンプはフレジシブルチューブで接続しておいたほうが水平を保持し易いからである。
【０００７】
このように、受熱部材とポンプとの間のフレキシブルチューブは可動部分がある部分での使用には必須であるが、フレキシブルチューブがある分液冷システムの大型化を招いてしまい、あらゆる電子機器への液冷システム搭載の障害となる可能性があった。
【０００８】
本発明の目的は、縦置き横置きに関係なく、あらゆる電子機器に搭載可能なコンパクトな液冷システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、内部の液体で発熱素子の熱を吸熱する受熱ジャケットと、前記熱を吸熱した液体をラジエータまでポンプで輸送して放熱する液冷システムにおいて、前記前記ポンプを前記ラジエータに直接接続したことにより達成される。
【００１０】
また、上記目的は、内部に封入された液体で半導体素子からの熱を吸熱する受熱ジャケットと、この受熱ジャケットに可撓性配管で接続されたラジエータと、このラジエータに配管を介して接続されたタンクと、前記液体を循環させるポンプとを備えた液冷システムにおいて、前記ラジエータの液体が流通する金属配管に複数のフィンを取り付け、前記金属配管に取り付けられた前記タンクと、このタンクに前記ポンプを直接接続したことにより達成される。
【００１１】
また、上記目的は、前記ラジエータは少なくとも２本の金属配管を有し、いずれか一方の金属配管を前記ポンプへの吸入配管とし、他方の配管を前記受熱ジャケットへの吐出配管とし、この吸入吐出配管は前記前記タンク内部と連通していることにより達成される。
【００１２】
また、上記目的は、前記ポンプに吸入ポートと吐出ポートとを設け、これらのポートが前記タンクに設けられたポート挿入孔に差し込まれて接続されることにより達成される。
【００１３】
また、上記目的は、前記タンクの内部を仕切板で２分割し、２分割された一方の空間は前記ポンプの吸入ポートと前記吸入配管が開口し、他方の空間は前記吐出ポートと前記吐出配管が開口していることにより達成される。
【００１４】
また、上記目的は、前記タンクの内部を２分割に分離する仕切板を略Ｓ字形状にしたことにより達成される。
【００１５】
また、上記目的は、前記タンクの各空間に空気溜まり部を設けたことにより達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、縦置き横置きに関係なく、あらゆる電子機器に搭載可能なコンパクトな液冷システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
上述したように、ノートＰＣやディスクトップＰＣでは循環する液体で発熱する半導体素子を冷却する製品が販売されるようになってきており、ＰＣの液循環による冷却方式は更に増えるものと予想される。
【００１８】
ところが、この液冷システムは、必ずしもＰＣのみの搭載に限定されるものではなく、発熱する電子部品を搭載した電子機器全てに応用が可能である。
【００１９】
例えば、従来型のカセットビデオデッキに代わるＡＶ機器としてホームサーバがある。このホームサーバは地上波デジタル放送の開始を控え、配信されるテレビ番組を家庭内で大量に取り込み保存すべき番組だけを保存又は再生するという今後のＡＶ機器として注目されている。
【００２０】
一方、このホームサーバに相応しい映像機器としてプラズマディスプレイが更に普及する可能性がある。
【００２１】
これらの電子機器は、特に家庭内の居間に設置される機器であるため回転音がするファンによる冷却は不向きであることから、当然のごとく液冷システムの搭載が注目されている。
【００２２】
このように、一例としてあげたホームサーバやプラズマディスプレイなどの電子機器に手軽に取り付けられる液冷システムの開発が要求されている。
【００２３】
本発明は、この要求に応じるために種々検討した結果、以下の実施例を得た。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本実施例のラジエータを含む液冷システムの上面図である。  
図１において、液冷システム１は、ラジエータ１ａと受熱ジャケット７とがチューブ８により接続されている。このチューブ８はいわゆるフレキシブルチューブ（いわゆる可撓性配管であり、本実施例ではブチルゴムを採用した）である。ラジエータ１ａにはポンプ６が直接取り付けられている。このラジエータ１ａはフィン４が取り付けられた吐出配管５ａと吸入配管５ｂとタンク２とで構成されている。タンク２はラジエータ１ａの吐出・吸入配管５ａ，５ｂの両端部に取り付けられ、ポンプからの液体の貯留部となっている。
【００２５】
この液冷システム１には冷媒液（例えば、水、不凍液等）が入っており、ポンプ６を駆動することにより、ポンプ６、ラジエータ１ａ、受熱ジャケット７の間で冷媒液が循環する。
【００２６】
図２は、本実施例のラジエータを含む液冷システム液冷システムの斜視図（ラジエータからポンプを取り外した状態）である。  
図２において、上述したようにラジエータ１ａ部分を構成する吐出・吸入配管５ａ、５ｂ、フィン４、タンク２はフレーム４ａで固定されている。ポンプ６には吐出・吸入ポート９ａ、９ｂが設けられており、ポート９ｂはタンク２の吸入側、ポート９ａはタンク２吐出側に差し込まれる（この点については、図３で詳細に説明する）。
【００２７】
図３および図４は、本実施例の液冷システムのラジエータとポンプの取り付け部構造を説明する。  
図３と図４は、ラジエータとポンプの部分断面図であり、図３はラジエータ１ａにポンプ６を取り付ける前の状態、図４は取り付け後の状態である。  
図３において、タンク２には、ポンプ６に備えられている吐出ポート９ａと吸入側ポート９ｂに対向する位置に、ポート挿入孔２ａ、２ｂが設けられている。このタンク２は仕切板３によって２室の空間に分離され、それぞれの空間はラジエータ１ａ内の吐出・吸入配管５ａ、５ｂの対向してそれぞれと接続されている。
【００２８】
図４において、吐出ポート９ａと吸入ポート９ｂのそれぞれがタンク２のポート挿入孔２ａ、２ｂに挿入されると、挿入箇所に取り付けられたＯリング１０によって、冷媒液がシールされる。  
ポンプ６を駆動すると図中の矢印が示す方向に、冷媒液が流れる構造になっている。
【００２９】
図５および図６は、本実施例のラジエータを設置したときの向きと、ポンプの吸入、吐出の位置を説明する斜視図である。  
尚、説明のため、ポンプ６とラジエータ１ａは離して示しており、ポンプ６とラジエータ１ａとの間において、冷媒液が流れる方向を矢印で示す。仮に、図５の設置状態を「横置き」、図６の設置状態を「縦置き」とする。
【００３０】
図５（ａ）は、ラジエータとポンプの組み合わせ構造を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、タンクの内部を説明する図である。  
図５（ａ）において、ポンプ６の吐出ポート９ａを上側に、吸入ポート９ｂを下側になっている。ラジエータ１ａに取り付けられたタンク２の内部はほぼ中央部分に仕切板３が設けられ、左右２室の空間が形成されるように分離されている。１室は吐出側で他の１室は吸入側となっている。タンク２内部の吐出ポート９ａに対向するラジエータ１ａのポート挿入孔２ａは上側に位置しており、吸入ポート９ｂに対向するラジエータ１ａのポート挿入孔２ｂは下側に位置している。仕切板３は略Ｓ字状の形状をしている（尚、略Ｓ字状にしたことによる効果は図６の実施例で説明する）。
【００３１】
図５（ｂ）において、ラジエータ１ａと受熱ジャケット７を接続するフレキシブルチューブ８自身の水分透過で液体が抜けた分、外気の空気が配管内に侵入して内部に空気が混入し、この空気をポンプ６が吸い込んでした場合にはポンプ６の液体を押し出す力が極端に低下してしまう。そこで、本実施例では配管内の空気を貯めておく空間をタンク内に設けた。その空間が図５（ｂ）で示す空間２ｃである。
【００３２】
本実施例では吐出配管５ａが２本、吸入配管５ｂが２本の計４本の配管でラジエータが構成されている。吐出配管５ａが仕切板３で仕切られたポート挿入孔２ａ側空間で開放され、吸入配管５ｂがポート挿入孔２ｂ側空間で開放している。図５（ｂ）に示す通り、一方の吸入配管５ｂの一部が空気に露出しているもの他方の吸入配管５ｂは液体中にあるのでポンプ６が空気を吸い込むことはない。
【００３３】
図６は、ラジエータとポンプとの組み合わせ構造を示す斜視図であって、図５に示したラジエータを９０度回転させた状態を示すものであり、図６（ｂ）は、タンクの内部を説明する図である。  
図６において、本実施例においては、図５と異なりポンプ６の吐出ポート９ａが上側に、吸入ポート９ｂが下側になっている。タンク２に設けられている仕切板３は横向きになるが、図中の点線で示しているように、上下の断面積がポート挿入孔２ｂ側で狭くなり、ポート挿入孔２ａ側が広くなっている。これは、仕切板３をＳ字状にした結果であり、ポート挿入孔２ａ側から空気が侵入してきた場合にこの上部空間が空気の溜まり部となる。  
これにより、仮にポンプ６が空気を吸い込んでしまい循環吸入配管内で空気が混入しても、タンク２に設けられている仕切板３により、断面積が広い方の上側に空気が溜まるので、ポート挿入孔１１ｂには空気が混入せず冷媒液だけが循環することになる。ただし、ポート挿入孔２ｂは必ず液中にあることが条件である。
【００３４】
図６（ｂ）において、配管内に混入してしまった空気を貯めておく空間を仕切板３で設けるため、形状Ｓ字状にしたものである。その空間が図５（ｂ）で示す空間２ｃである。
【００３５】
本実施例では吐出配管５ａが２本、吸入配管５ｂが２本の計４本の配管でラジエータが構成されている。吐出配管５ａが仕切板３で仕切られたポート挿入孔２ａ側空間で開放され、吸入配管５ｂがポート挿入孔２ｂ側空間で開放している。図５（ｂ）に示す通り、２本の吸入配管５ｂは液体中にあるのでポンプ６が空気を吸い込むことはない。ただし、上述したようにポート挿入孔２ｂは必ず液中にあることが条件である。
【００３６】
図７および図８は、本実施例のラジエータ１ａ等の液冷システムを、電子装置１２の筐体内に設置した状態を説明する。  
尚、説明のため、電子装置１２の外面に相当する筐体１２ａは可視化して説明する。  
図７は、電子機器を横置きにした斜視図である。  
図８は、電子機器を縦置きにした斜視図である。  
図７および図８において、電子装置１２の筐体１２ａ内には、複数の素子を搭載したメイン配線基板１４等が搭載される。メイン配線基板１４上には、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）等の特に発熱量の大きい素子（以下、ＣＰＵと記載）が搭載されるＣＰＵボード１３等が搭載される。
【００３７】
ＣＰＵ（図示せず）には、受熱ジャケット７が取り付けられ、ＣＰＵと受熱ジャケット７とは、柔軟熱伝導部材（たとえばシリコーンゴムに酸化アルミ等の熱伝導性のフィラーを混入したもの。ただし、図示せず）を介して接続される。
【００３８】
ポンプ６が取り付けられたラジエータ１ａと受熱ジャケット７とはチューブ８で接続され、閉じた冷媒液の循環回路になっている。ポンプ６が回転すると内部に封入した冷媒液が、ポンプ６→ラジエータ１ａ→受熱ジャケット７→ラジエータ１ａ→ポンプ６の順で循環する。  
ＣＰＵで発生する熱は、受熱ジャケット７内を流通する冷媒液に伝えられ、ラジエータ１ａを通過する間に、ラジエータ１ａの表面を介して外気に放熱される。これにより温度の下がった冷媒液は、再び受熱ジャケット７に送出される。
【００３９】
本実施例におけるラジエータ１ａの吸入配管（図示せず）、タンク部２、及び受熱ジャケット７は熱伝導性のよい銅合金、ポンプ６の外側のケースは複雑な成形が容易で機械的強度に優れた樹脂（ＰＰＳ：ポリフェニレンサルファイド樹脂＋ガラス繊維４０％）で形成されており、それぞれの部品を接続しているチューブは、耐熱性及び耐透過性に優れたブチルゴムで形成されている。
【００４０】
なお、ポンプ６のケースを樹脂製にしたのは、軽量であることと、成形が比較的容易であることから採用した。
【００４１】
なお、本実施例ではポンプ６のケースを、ＰＰＳをベースレジンとする樹脂製としたが、他の耐熱性及び耐透過性に優れた樹脂でもよい。また、ポンプ６のケースそのものを金属製にして冷媒液の透過を防止することも可能である。
【００４２】
以上のごとく、発熱素子に接続された受熱ジャケット７とポンプ６を取り付けたラジエータ１ａとの間をチューブ８で接続した構造にすることにより、チューブ接続部の数が減り、液漏れに対する信頼性を向上させることができる。
【実施例２】
【００４３】
図９は、実施例１の液冷システムに更にファンを設置した電子装置の斜視図である。  
図９において、冷媒液が循環する機構は実施例１と同様で、ラジエータ１ａにファン１５が設置されている。冷媒液が循環しているときに、ファン１５を運転することにより、ラジエータ１ａの周りの熱が、強制的に筐体１２ａの外へ排熱され、ラジエータ１ａの冷却効果が向上する。
【００４４】
本実施例では、図７〜図９で示したようにディスクトップパソコンの本体筐体を例に示したが、電子機器例えばＤＶＤプレイヤーやゲーム機器など筐体を立てたり、横にしたりして設置する機器には非常に効果的である。
【００４５】
以上のごとく、本発明によれば、必要かつ十分な循環液流量で発熱素子の熱をラジエータから放熱でき、長期間の使用の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本実施例のラジエータを備えた液冷システムの上面図である。
【図２】図２は、本実施例のラジエータを備えた液冷システムの斜視図である。
【図３】図３は、ラジエータにポンプを取り付ける前の状態を示した部分断面図である。
【図４】図４は、ラジエータにポンプを取り付けた状態を示した部分断面図である。
【図５】図５は、本実施例の液冷システムを横向きに設置した斜視図である。
【図６】図６は、本実施例の液冷システムを縦向きに設置した斜視図である。
【図７】図７は、本実施例の液冷システムを備えた電子機器を横向きに設置した斜視図である。
【図８】図８は、本実施例の液冷システムを備えた電子機器を縦向きに設置した斜視図である。
【図９】図９は、本実施例第２の実施例を備えた電子機器の斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ａ…ラジエータ、２…タンク部、３…仕切板、４…フィン、５…吸入配管、６…ポンプ、７…受熱ジャケット、８…チューブ、９…ポート部、２ａ…吐出側ポート、２ｂ…吸入側ポート、１０…Ｏリング、１１…ポート挿入孔、１２…電子装置、１２ａ…筐体、１３…ＣＰＵボード、１４…メイン配線基板、１５…ファン。
【図１】
2005129812.tif 000003
【図２】
2005129812.tif 000004
【図３】
2005129812.tif 000005
【図４】
2005129812.tif 000006
【図５】
2005129812.tif 000007
【図６】
2005129812.tif 000008
【図７】
2005129812.tif 000009
【図８】
2005129812.tif 000010
【図９】
2005129812.tif 000011